【研究領域課題番号】18H03770 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC/SiO2 / 界面 / 移動度 / α-Ga2O3 / 点欠陥 / Pbcセンタ / ダングリングボンド / 酸化 / 第一原理計算 / 密度汎関数理論

【研究成果の概要】

本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。特に、界面に析出した炭素関連欠陥を提言する方法として、熱酸化を使わない酸化膜形成法を提案した。また、それを実験によって検証した結果、界面欠陥密度を10分の1にまで低減できていることがわかった。

【研究の社会的意義】

SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定とその低減は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な研究課題である。本課題では、理論計算に基づき、界面欠陥の特定とその低減法を提案した。特に、その低減法は実験によって有効性が示され、界面欠陥密度の大幅な低減に成功した。ここで開発された技術は、省エネ社会実現に大きく貢献するものと考えられる。この研究課題は、パワー半導体デバイスにおける日本のプレゼンス拡大に大きく貢献するものと考える。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】電子・電気材料工学

【研究領域課題番号】16K18075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT / 界面準位 / MOSデバイス / SiC / 単一光子光源 / 界面 / POCl3 / 酸化 / 基礎物理学 / 界面物性

【研究成果の概要】

SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に由来する新しいタイプの界面欠陥準位であることを明らかにした。また、得られた結果は近年の実験報告とも定性的に整合することを明らかにした。

【研究の社会的意義】

現在、SiC-MOSデバイス研究開発が全世界的に競争を増している。その中でも、多くの研究者が強い関心を集めているのが界面準位の特定である。今回の研究成果では、その界面準位の候補を絞り込むことに成功した。これまでの理論のアプローチとは異なるエネルギー論に立脚したアプローチを用いることにより、初めて達成した。本成果は、デバイス開発にとっての極めて重要な知見であり、さらなるデバイス開発に向けての指針を与えるものである。SiC-MOSデバイス開発にとって重大な成果が得ることが出来た。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)